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研究人員開發(fā)出新型可充電電池 儲(chǔ)存電量為當(dāng)前電池的6倍

時(shí)間:2021-08-30 08:20來源:蓋世汽車 作者:劉麗婷
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（圖片來源：斯坦福大學(xué)）
 
       據(jù)外媒報(bào)道，由斯坦福大學(xué)（Stanford University）領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究小組開發(fā)出新型可充電電池，其可儲(chǔ)存的電量是當(dāng)前電池的6倍。該研究將加速可充電電池的應(yīng)用，并使電池研究人員不斷實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域的目標(biāo)：打造出一種高性能的可充電電池，可以使手機(jī)每周只需充電一次，使電動(dòng)汽車的續(xù)航里程提高6倍。
 
       該新型電池名為堿金屬氯電池，由斯坦福大學(xué)化學(xué)教授Hongjie Dai和博士生Guanzhou Zhu領(lǐng)導(dǎo)的研究小組基于氯化鈉（Na/Cl2）或氯化鋰（Li/Cl2）到氯的來回化學(xué)轉(zhuǎn)換開發(fā)得出。當(dāng)電子從可充電電池的一側(cè)移動(dòng)到另一側(cè)時(shí)，可充電電池會(huì)將化學(xué)物質(zhì)恢復(fù)到其原始狀態(tài)以等待再次使用。但不可充電電池的電量用完后，其化學(xué)物質(zhì)就無法恢復(fù)。
 
       Dai表示：“可充電電池有點(diǎn)像搖椅。它會(huì)朝一個(gè)方向傾斜，但當(dāng)你充電時(shí)又會(huì)變得搖擺不定。而新型可充電電池就像一把高搖椅。”
 
       意外發(fā)現(xiàn)
 
       至今還沒有人研制出高性能可充電鈉-氯或鋰-氯電池，因?yàn)槁鹊姆磻?yīng)性太強(qiáng)，難以高效地轉(zhuǎn)化回氯化物。盡管部分電池可以實(shí)現(xiàn)一定程度的可充電，但性能也很差。
 
       事實(shí)上，Dai和Zhu一開始沒有打算制造可充電的鈉-氯電池和鋰-氯電池，只是為了使用亞硫酰氯改進(jìn)現(xiàn)有的電池技術(shù)。亞硫酰氯是鋰亞硫酰氯電池的主要成分之一，而鋰亞硫酰氯電池是20世紀(jì)70年代首次發(fā)明的一種一次性電池。
 
       但在早期的一項(xiàng)涉及氯和氯化鈉的實(shí)驗(yàn)中，斯坦福大學(xué)的研究人員注意到，一種化學(xué)物質(zhì)向另一種化學(xué)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化可以穩(wěn)定下來，從而實(shí)現(xiàn)部分可充電性。Dai稱：“我認(rèn)為這不可能，但我們至少花了一年時(shí)間才真正意識(shí)到發(fā)生了什么。”
 
       之后幾年里，該團(tuán)隊(duì)闡明了該可逆化學(xué)物質(zhì)，并通過對(duì)電池正極的許多不同材料進(jìn)行試驗(yàn)，尋找提高其效率的方法。通過使用臺(tái)灣中正大學(xué)（National Chung Cheng University of Taiwan）的Yuan-Yao Li教授和他的學(xué)生Hung-Chun Tai的先進(jìn)多孔碳材料形成電極時(shí)，研究人員取得了重大突破。該碳材料具有納米球結(jié)構(gòu)，且充滿許多超細(xì)孔。在實(shí)踐中，這些空心球就像一塊海綿，吸收了大量原本敏感的氯分子，并將它們儲(chǔ)存起來，隨后在微孔內(nèi)轉(zhuǎn)化為鹽。
 
       Zhu解釋道：“當(dāng)電池充電時(shí)，氯分子被困在碳納米球的微孔中并受到保護(hù)，然后當(dāng)電池需要排空或放電時(shí)，我們可以將電池放電并將氯轉(zhuǎn)化為NaCl，也就食鹽，并在多次循環(huán)中重復(fù)這個(gè)過程。目前，我們最多可以循環(huán)200次，但仍有改進(jìn)的空間。”
 
       該結(jié)果是電池設(shè)計(jì)在高能量密度方面再次取得進(jìn)展。迄今為止，研究人員已實(shí)現(xiàn)正極材料比容量為1,200毫安時(shí)每克，而當(dāng)前商用鋰離子電池的容量為200毫安時(shí)每克。”
 
       研究人員預(yù)測(cè)該電池將會(huì)用于無法頻繁充電的場(chǎng)景，例如衛(wèi)星或遠(yuǎn)程傳感器。許多衛(wèi)星由于電池沒電而漂浮在軌道上。但配備長(zhǎng)壽命可充電電池的未來衛(wèi)星可以配備太陽能充電器，從而多次擴(kuò)展其實(shí)用性。不過就目前而言，他們開發(fā)的工作原型可能仍適用于小型日常電子產(chǎn)品，如助聽器或遙控器。對(duì)于消費(fèi)電子產(chǎn)品或電動(dòng)汽車，在設(shè)計(jì)電池結(jié)構(gòu)、增加能量密度、擴(kuò)大電池規(guī)模和增加循環(huán)次數(shù)方面還有很多工作要做。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
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